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1、南昌大学硕士学位论文多晶体材料的力学性质与材料晶粒取向分布的关系及其测量姓名：黄为福申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：黄模佳20060501摘 要化工机械设各，如压力容器、管道、泵等大多为金属材料所制造，金属材料的力学性能对这些设备的生产制造及安全运行有重要的影响。金属材料是多晶体材料，由微小晶粒集合而成晶粒的化学成分、尺寸大小、取向分布等决定了多晶体材料的宏观力学性能。金属的铸造、塑性成形、热处理等过程会使晶粒的尺寸大小、取向分布、形状等发生一定的变化，产生不同的微结构。本文主要研究金属微结构对金属材料力学性能的影响及其材料微结构的测量方法，并取得了以下具有创新意义的成果：(1)
2、针对准n晶粒任意集合的多晶体材料，考虑晶粒的对称性，通过微结构理论和群论，推导出了准n晶粒的本构形式，该本构由5个单晶常数组成；本文用晶粒取向分布函数(0DF)以R)描述多晶体中的晶粒取向为R的可能性密度并基于Voigt模型和Reuss模型，推导出了考虑织构系数影响的准4晶粒任意集合的多晶体材料的平均弹性刚度张量C和平均弹性柔度张量S；算例表明CS与Hill理论相吻合：(2)金属材料塑性性能的一个重要指标是r一值或称Lankford系数：通过多晶体材料的屈服函数与取向分布函数(0DF)的关系，Man推导出了立方晶粒正交集合板材的r一值；本文在Man研究的基础上，推导出了考虑织构系数影响的立方晶
3、粒任意集合板材的r一值表达式：(3)ODF的测量方法有很多；Huang(2004)由自洽法推导出了立方晶粒正交集合的有效弹性刚度张量，本文基于他的结果，研究了立方晶粒正交集合板材的弹性模量与织构系数。(=o，2，4)的关系，通过测量板材的弹性模量确定板材的织构系数：(4)本文根据Christoffel方程，采用Huang和Man(2002，2003)推导出的立方晶粒各向异性集合金属材料的有效弹性刚度张量，通过客观性原理，建立了超声波波速与九个织构系数。(m=o，l，2，3，4)之间的近似关系式，其结果可以用于超声波测量立方晶粒各向异性金属的织构系数；数值计算表明：如果超声波仪器能够准确地测量纵
4、波速度，本文的近似关系式能够给出很好的结果。关键词：立方晶粒：准z卫晶粒；各向异性本构关系；取向分布函数(0DF)：织构系数：r一值：超声波测量亟堂僮迨塞；垒晶往挝拱笪直掌丝厦挝整晶蕉塑自坌壹凶羞歪建塑重 一 ：ABSTRACTMost of mechanical equipments in chemical engineedng are made by metals，such aspressure vessels，pipelines，pumps，and so onThe properties ofthe metals affect the making andrunning on these
5、 equipmentsA metal polycryslal cBII be taken as aggregate of tiny crystallitesThe macroscopic constitutive relation of the polycrystal depends on chemical composition of itserystallites and the microstruetures of the polycrystal，which include crystalline orientations，crystalline sizes，crystallitesor
6、ientation correlation,and crystalline boundary structuresDuringthe casting，plastic forming，and hot processing,the sizes，orientation distributions，and boundarystrueBlres of the crystallites change and produce various microstructuresHerein we study theconstitutive relation ofthe polycrystal with effec
7、ts ofmicroslrucmres and discuss the experimentalmethods ofmeasuring the constitutive relation ofthe polycrys切d with the texture coefficientsOurcreative work mainly ineludes：(1)Assume a polycrystalto be an anisotropic aggregate ofmanytiny quasi-D5 crystallitesUsing microstructure theory and group the
8、ory and considering the symmegry of thequasi-D5crystals，we deduce the constitutive form ofsingle quasi-D5 crystal which contains fiveelastic constants ofsingle crystalsIn this paper,we nse the orientation distribution function(ODF)“R)to describe the probability density offmding a crystallite with od
9、enlation RUnder Voigtmodel and Reuss model，we obtain the average elastic stiffness tensor C and the average elasticsoftness tensor S of all anisotropic aggregate of quasiD5 crystallites with effect of the texturecoefficientsrespectively。An example is given to show CS“which is consistent with Hillsth
10、eorem(2)The r-valoe or named Lankford coefficient is an important parameter of plastic materialsBy the relations between yield function and the ODF,Man obtained a-value formula of theorthorhombic sheetS of cubic metalsHerein we give a r-value expression of an anisotropicaggregate of cubic crystallit
11、es with effect ofthe texture coefficients(3)There are many methods to measure the ODFHuang(2004a)deducedeffective elasticstiffness tensor for an orthorhombic aggregate of cubic crystallites by the self-consistent methodBy the effective elastic stiffness tensor,we find the relation between the textur
12、e coefficientS andIItlle elasfic modulusWe establish the method of measuring the texture coefficientSCo(m=o，2，4)ofsheetmetalsbythe experimentsofuniaxialtension(4)Huang and Man(2002，2003)deduced an effective elastic stiffness tensor for anani啪o#c aggregate of cubic crystahtesBy the effective elastic
13、stiffness teusor and theChristoffel equation，we oblain the expressions between ultrasonic propagation velocities and theninetexture coemcientsCo(m=0,1，2，3，4)We studythemeasllremethod onthe ninetexturecoefficientsNumerical value computation shows that our expressions can give good result if theullras
14、omcinstrument carlmeasuretheveloeityofverticalwave exactlyKeywords：cubic crystallites；quasi-D5 crystallite；constitutive relation of anisotropicpolycrystal；orientation distribution function(ODD；texture coefficients；r_Value：ul订asomc wavemeasuremeentUl独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中
15、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签每奄易磊为签字日期：彳年厂月7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 南昌大学 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌史学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签
16、名：费珈锅签字日期：一，年g百c日学位论文作者毕业后去向工作单位：通讯地址：导师签名： 彦彤1簟签字日期：口年f月日电话：邮编：筮；|坠概论第一章概论11前言化工机械设备，如压力容器、管道、泵等大多为金属材料所制造，金属材料的力学性能对这些设备的生产制造及安全运行有重要的影响，因此，研究金属材料的力学性能对这些设备的生产制造及安全运行有一定的指导意义如利用r值表达式来指导压力容器封头的冲压成型。金属材料为多晶体材料，为微小晶粒的集合。晶粒的化学成分、尺寸大小、取向分布、取向关系、边界结构等微结构决定了多晶体材料的宏观力学性能。金属的铸造、塑性成形、热处理过程会使晶粒的尺寸大小、取向分布、形状等发生一定的变化，产生不同的微结构(毛卫民和张新明，1993)。晶粒本身存在的各向异性使得多晶体的力学性能主要取决于晶粒的取向分布(即织构)。材料的织构导致材料的各向异性，挤压材的轴向与横向的力学性能一般相差很大，即所谓的挤压效应。大变形冷轧板材
